1.本发明涉及深部岩层变形监测技术领域，尤其是深部采空区光纤施工引导装置、工艺及全地层监测方法。
背景技术：2.随着煤炭资源的长期大量开采，开采引起的地面沉降已成为一个世界范围内普遍发生的地质灾害。地面沉降是我国当前城市发展面临的5大地质问题之一，然而这个问题在经济发达和人口密集城市尤为突出，本方案将其作为城市国土空间开发地质适宜性评价工作的重要组成部分，并要求加强地面沉降调查的技术创新。
3.且随着煤炭资源的开采利用，我国形成了大规模的采煤沉陷区，尤其在土地资源紧张的黄河中下游区域，采煤沉陷区严重制约了城市发展，必须在治理合格后才能开展工程建设。煤矿采空区经过注浆充填后，长期仍会存在一定残余变形，为确保拟建建（构）筑物安全，《煤矿采空区建（构）筑物地基处理技术规范》（gb 51180-2016）第3.0.15条要求，采空区地基上的建（构）筑物，应进行长期变形监测。
4.近年来，光纤监测技术已在多个领域得到了广泛应用，光纤监测可以做到实时在线监测；光传感、光传输，不带电，不受电磁干扰；工作温度高，最高可达350℃以上；耐高温高压、耐腐蚀；测量精度高，响应速度快；可以串联，实现分层测量；传输距离远，可达数十公里。
5.由于光纤存在直径小、强度低、易损坏等缺点，特别是在深部岩层长距离近水平段无有效手段进行缚设。常规植入方法为：将固定好光缆、引线的配重导锤放入钻孔内部，依靠重力将光缆和传感器带入钻孔深处。上述植入方法仅可用于深度不大的竖直井，依靠重力无法应用于深部岩层长距离近水平段，对于超深工况则无法使用。
6.另外，目前的针对深部岩层变形监测的技术主要依托于地面水准监测、空天卫星监测、垂直钻孔孔内监测等方法，上述方法获取的监测数据受地表扰动、第四系松散层沉降变形干扰较大，无法准确观测深部采空区上覆岩层变形量。此外，拟建工程场地一般受地上工程建设影响，不具备地面长期监测条件，且常规监测技术需要较多地面监测点才能实现监测目的。
7.为此，本发明在此提出了一种超深近水平定向光纤引导装置及工艺方法及利用其实现深部采空区岩层变形分布式光纤监测分析预测方法，用以更好地解决现有技术中存在的问题。
技术实现要素：8.本发明为至少解决现有方法难以在超深近水平段植入光纤、光纤植入后成活率低、光纤植入费用高及深部采空区岩层变形效果差、精度低等上述技术问题之一、达到本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：深部采空区光纤施工引导装置，包括引导柱、移动式牵引扣、自张式防脱机构，移动式牵引扣通过其底部的连接螺栓、插销件与引导柱的上部
同轴连接，在所述引导柱的上部外侧壁上自上而下设置有助推结构，在引导柱的下部外侧壁上自上而下间隔安装有若干个所述自张式防脱机构；所述移动式牵引扣的上部用于在使用时连接钢丝绳及光纤。
9.在上述任一方案中优选的是，所述自张式防脱机构收纳状态下的外径小于引导柱的外径、张开状态下的外径大于引导柱的外径且在张开状态下实现防脱定位；在上述任一方案中优选的是，所述引导柱的底端部设置呈椭圆形端头。
10.在上述任一方案中优选的是，所述自张式防脱机构包括若干个分别安装在对应位置处的引导柱外侧壁上的安装收纳腔内的自张防脱件，各安装收纳腔分别沿引导柱的圆周均匀分布，各所述自张防脱件分别沿引导柱的圆周均匀间隔分布。
11.在上述任一方案中优选的是，所述自张防脱件包括一防脱倒刺，所述防脱倒刺的底部活动铰接安装在对应的安装收纳腔内，所述防脱倒刺的中部通过弹簧与所述引导柱连接，所述防脱倒刺的上部设置楔形倒刺结构。
12.在上述任一方案中优选的是，所述助推结构包括设置在引导柱上部外侧壁上的螺旋导流槽。
13.在上述任一方案中优选的是，所述助推结构包括若干个自上而下间隔紧固套接设置在引导柱上部外侧壁上的金属圆环、在各所述金属圆环之间的所述引导柱的外侧壁上分别安装有一胶塞，所述胶塞的上下两端分别与对应的金属圆环端部抵紧，在最下方胶塞底部的引导柱设置成粗径段、其余部位的引导柱设置成细径段；所述粗径段的外径大于收纳状态下的自张式防脱机构的外径，所述粗径段的外径小于张开状态下的自张式防脱机构的外径。
14.在上述任一方案中优选的是，所述自张式防脱机构包括若干个分别安装在对应位置处的引导柱外侧壁上的自张防脱件，各所述自张防脱件分别沿引导柱的圆周均匀间隔分布。
15.在上述任一方案中优选的是，所述自张防脱件包括一防脱倒刺，所述防脱倒刺的底部活动铰接安装在对应位置处的引导柱外侧壁上，所述防脱倒刺的中部通过弹簧与所述引导柱连接，所述防脱倒刺的上部设置楔形倒刺结构。
16.在上述任一方案中优选的是，所述引导柱的制作装配方法，具体包括：所述引导柱为硬质塑料，形状为圆柱形，也可为铜合金、铁合金中的一种，长约80cm-140cm，引导柱中间直径最大，约5-10cm，长度和直径根据引导柱材质及应用场景选择。引导柱最末端至中间约30-50cm处，其直径比最大处细1-2cm，引导柱最前端至中间约50-70cm处，其直径比最大处细1-2cm。引导柱最前端约5-10cm为椭圆形、锥形中的一种。
17.在上述任一方案中优选的是，引导柱末端用于携带光纤，固定方式分两种，分述如下：方式一，末端开丝扣孔，连接高强螺栓，螺栓直径根据实际引导柱确定，螺栓高出末端约4-8cm，引导柱末端外约1-2cm处，再固定一螺母。方式二，引导柱末端开丝扣孔，高强螺栓螺母低于引导柱末端面约5mm，用高约1cm的圆柱形铁板焊接在螺母上，铁板顶端再焊接螺母头。在方式一或方式二基础上，将一连接环固定在螺母与引导柱末端面之间，连接环可360度旋转。
18.所述引导柱末端30-50cm此段距离，固定0-6个止水装置，所述止水装置为圆台形止水圈，厚度约5mm-1.2cm，材质为橡胶、塑料、塑料橡胶混合物等，因圆台形状，引导柱放入
管路时，可有效将水流封在引导柱上方，以便有合理的水压将引导柱持续推进。
19.所述引导柱前端50-70cm此段距离，嵌入两组钢质或铁质倒刺，每组倒刺有3个，在圆面上呈正三角形排列，两组倒刺间距约3-6cm，倒刺长度约10-20cm，厚度约6mm-1.2cm、宽度1-2cm。所述倒刺安装方式为：在引导柱上开两组长方形槽，槽深等于倒刺宽度，每个槽中间扩一个直径略大于倒刺厚度的圆形，倒刺中间焊接长度1cm的钢筋棒，弹簧与钢筋棒相连，将倒刺整体压入槽中，所述弹簧直径等于槽上圆形孔直径。
20.本发明还提供一种利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法，所述引导装置为如上述的引导装置，所述利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法的具体步骤包括：s1：前期准备：前期准备详细步骤操作包括：（a）拟监测地层。该监测技术可广泛应用于煤矿开采沉陷地层变形监测，也可应用于采煤沉陷区充填治理后全地层变形监测。
21.成孔，根据监测方案与目的施工超深近水平定向钻孔，所述钻孔轨迹、钻孔直径根据设计与实际需监测的目标层位确定，钻孔结构分为二开或三开结构；（b）一开钻进。
22.超深近水平光纤安装首先需通过定向钻探设备在采空区地层钻进成孔。定向钻孔结构可分为二开或三开结构。
23.（c）一开护壁。
24.为防止上部松散层孔壁坍塌，利用地层耦合材料护壁，防止钻孔坍塌。
25.（d）二开垂直段钻进。
26.定向钻孔一般分为垂直段、造斜段、稳斜段、水平段等。为降低钻孔在破碎地层的成孔难度，钻孔垂直段长度宜控制在合理范围内。
27.（e）二开造斜段钻进。
28.造斜段属于定向钻孔的关键层段，曲率半径受钻探设备、操作人员技术水平、地层情况影响。需定向技术人员全程在现场指导定向钻进。
29.（f）二开近水平段钻进。
30.定向钻孔进入监测主目标层位后，呈大倾角近水平钻进，钻遇渗漏地层时，需注浆堵漏，分段钻进。
31.定向钻孔钻进至目标靶点后，利用钻具向钻孔内灌注满孔护壁泥浆（泥浆含有膨润土、纤维素、石墨、氢氧化钠等多种专用材料），防止钻孔在光纤安装期间出现塌孔事故。
32.（g）灌注泥浆护壁。
33.上述定向钻孔成孔后，灌注水泥浆固孔，前述浆液为与灌注层位等强度的水泥基浆液；固孔完成待浆液凝固后进行扫孔；为防止光纤安装期间钻孔塌孔，钻孔内灌满具有润滑功能的护壁泥浆，所述护壁泥浆由石墨粉、轻质碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等一种或几种组成，所述泥浆不限于上述材料；还包括，1、专用光纤通道管柱进场；确定套管进场时间；
2、专用光纤通道管柱检查；核查专用光纤通道管柱数量，排除破损、丝扣不完整套管，要求内壁光滑、内径一致；3、安装工艺地面试验；专用光纤通道管柱与导头现场试验，是否匹配，是否需要改进。
34.钻探施工要求：1、钻孔验收及复核实钻轨迹；2、确认钻孔孔内情况是否满足下放套管要求。
35.变径安装要求；将定向钻机与专用光纤通道管柱连接；在下放前需要完成主要材料的准备，具体准备材料如下：1、通径规；2、钻机与主动钻杆连接的公扣变径；3、孔口密封装置（确保不漏水）；4、引导柱（检查倒刺出套管后展开状态情况）；5、电子拉力计、滑轮、防水胶带等。
36.s2：向超深近水平定向钻孔形成的超深近水平内下放专用光纤通道管柱；（h）利用辅助设备安装光纤输送通道专用光纤通道管柱，下放至孔底后，通过泥浆泵正循环泥浆，将孔底岩粉携带出钻孔。
37.（i）正循环至孔底无沉渣后，上提专用光纤通道管柱2m。
38.下专用光纤通道管柱时待泥浆置换完毕，全孔下入光纤专用光纤通道管柱；所述专用光纤通道管柱为高强度无缝圆管，具备强度和韧性的管材。
39.所述专用光纤通道管柱直径满足可顺利下入钻孔、可将前述引导柱放入两种条件，所述专用光纤通道管柱第一根设扶正器，即距管口40cm-150cm处，焊接2-3组长条状钢板，每组3-4个；所述钢板长度8cm-15cm、宽度3-6cm、厚度2-3.5cm，钢板前端、末端2-3cm出分别加工成斜坡状，作用为以便更好的下放、拔出，减少阻力。
40.所述钢板作用为托起、扶正专用光纤通道管柱，防止专用光纤通道管柱插入水平段难以下放、防止孔内岩屑进入专用光纤通道管柱。
41.下管过程开泥浆泵，让润滑护壁泥浆不断循环。
42.s3：引导柱安装、光纤和引导柱连接、专用光纤通道管柱上部装置安装；（j）将光纤穿过孔口密封装置，再与引导柱连接，从孔口下放引导柱，将孔口密封装置与专用光纤通道管柱丝扣连接。
43.s4：钢丝绳和光纤绑扎并在引导柱的引导作用下进行压力下放输送光纤；在压力输送光纤时需要计算输送流量、观察泵压、测力计测拉力、计算安装长度、测试光纤信号；（k）通过压力输送引导柱至专用光纤通道管柱底部。输送过程中通过拉力计实时监测光纤拉力，通过调节输送压力使光纤在下放过程中受力均匀，确保光纤在安装过程中不受损伤。（输送压力可通过调节泥浆泵/空压机流量实现）光纤安装长度达到目标长度后，通过观察输送介质消耗快速增加或输送压力快速
降低，确认引导柱冲出套管，停止压力输送。
44.压力输送介质可采用循环泥浆（泥浆泵泵送），也可采用空气（空压机提供）。
45.具体地，s4中下放输送光纤的具体操作步骤如下：将钢丝绳、光纤与前述引导柱前端连接环相连，钢丝绳与光纤分别穿过滑轮导入孔口；钢丝绳所连滑轮为主滑轮即承力滑轮，高度低于光纤所连滑轮。
46.所述主滑轮上方连接拉力器，实施观测下方过程中钢丝绳拉力。
47.所述光纤可下入1-4根，根据功能和需求确定；所述钢丝绳直径除满足承力外，不宜过粗、过重，需提前计算确定。
48.钢丝绳、光纤穿过盖板及密封圈与孔口器相连，所述盖板及密封圈预先打若干小孔，密封圈位于盖板和孔口器之间，用螺栓连接，材质为橡胶、天然橡胶、硅橡胶等，具有耐磨、承力、可压缩的特点，经压缩后将光纤孔与钢丝绳孔挤密，防止高压液体喷出。
49.将前述引导柱带着光纤及钢丝绳，缓慢下入钻孔，垂直段尽可能自重下放，自重无法下方时，开泵孔内循环压入护壁泥浆，水压推动引导柱前进，所需泥浆量，应提前做好地面试验及进行相关理论计算。
50.下方过程每前进20m-30m暂停一次，打开孔口密封装置，将密封胶垫下方钢丝绳、光纤固定在一起，再装好孔口密封装置，如此往复循环，直至距孔底10-20m，此时加大泵送泥浆量，增大压力推动引导柱冲出专用光纤通道管柱。
51.引导柱冲出专用光纤通道管柱后，其自身倒刺弹开，卡入孔内，用力上拉钢丝绳并保证钢丝绳顺直后，反作用力使得倒刺紧卡在孔内。
52.在上述任一方案中优选的是，在进行上述施工时，本发明也进行了诸多创新改进：（1）引导柱采用尼龙棒加工而成，引导柱底部加工成椭圆形以利于引导柱在冲出专用光纤通道管柱后在钻孔内继续前行一定距离；在引导柱靠近底端部位安装弹簧防倒装置；待引导柱进入孔底出专用光纤通道管柱后可以自行打开，防止提升专用光纤通道管柱时引导柱随专用光纤通道管柱移位；在引导柱靠近顶端部位安装橡胶圈，橡胶圈安装后直径大于专用光纤通道管柱内径1mm，随着专用光纤通道管柱内泵送泥浆可以在专用光纤通道管柱内形成稳定的压力，推动引导柱运行至孔底；引导柱顶端安装光纤连接装置，可以牢固连接光纤和钢丝绳。
53.（2）为了防止引导柱运行时产生的拉力过大，从而造成光纤破坏，本发明采用5mm钢丝绳作为主要受拉构件。
54.把钢丝绳和光纤采用卡扣连接到引导柱上，光纤松散的绑缚在钢丝绳上，确保光纤在引导柱前进过程中不受拉力。
55.（3）孔口密封装置与专用光纤通道管柱采用丝扣连接。
56.孔口密封装置顶端焊接盖板法兰，加工与盖板匹配的加厚橡胶垫，再选择同等规格的盲板法兰经螺丝固定橡胶垫，以达到密封防水的作用。
57.在盲板法兰和橡胶垫中心位置切割大小合适的若干孔洞，以供钢丝绳与光纤贯穿盖板进入专用光纤通道管柱内，为了保障密封效果，孔洞直径与钢丝绳和光纤直径匹配即可，孔洞过大容易造成漏失浆液以及引导柱运行不稳。
58.在孔口密封装置的设置端口，该端口与压力泵送装置相连接，为引导柱提供输送压力。
59.（4）在专用光纤通道管柱的底部焊接扶正器，防止专用光纤通道管柱进入孔底后紧贴井壁，从而造成井内沉淀物进入专用光纤通道管柱内阻碍引导柱进入孔底。
60.（5）泵送泥浆设备采用变频泥浆泵，可以采用不同的泵送量来控制专用光纤通道管柱内的泵压，从而起到控制引导柱运行速度的作用。
61.在光纤下放过程中，详细记录泥浆泵送量、泵压以及光纤下放速度，从而根据泵送量和泵压判断引导柱是否进入孔底。
62.（6）在下放过程中，要确保钢丝绳作为受力的主体，防止光纤受拉破坏。
63.光纤每下放20米，将孔口器顶端的密封盖板及橡胶垫拆卸掉，将光纤与钢丝绳固定在一起，防止光纤在孔内打结破坏。
64.在光纤下入过程中，每下放100米检查光缆和传感器成活情况，并根据检测到的应变情况，对钻孔中的光缆进行预拉，确保较好的监测效果。
65.（7）光纤下放过程中，钢丝绳连接测力计，随时观察测力计的变化，根据测力计的数值调整泵压及输出流量，以防止拉力过大损坏光纤。
66.（8）引导柱接近孔底时，加大泵压，加快引导柱下放速度，保证引导柱一次性进入孔底。
67.在上述任一方案中优选的是，光纤下放步骤中需要注意事项包括：1、引导柱和光纤、钢丝绳的连接方式；2、两根光纤和钢丝绳下放接合在一起的方式；3、引导柱顶部橡胶塞密封情况；4、下放时将两根光纤的相同刻度位置排放在一起；5、注入介质比重，注入介质速率，泵压情况记录；6、实时监测拉力计数值，测试光纤信号；7、套管内光纤下放的方式及速率的控制；8、确定引导柱是否出套管。
68.在上述任一方案中优选的是，利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法的注意事项包括：利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法中使用到的器械包括引导柱、孔口器、连接器、测力计、钻杆、专用光纤通道管柱、泵送泥浆设备、专用光纤通道管柱底部扶正器、钢丝绳，其特殊之处在于：光纤和钢丝绳连接在引导柱上；将专用光纤通道管柱下放到钻孔内，利用专用光纤通道管柱光滑的内壁及密封性作为引导柱运行的轨道；泵送泥浆设备经过孔口器泵送泥浆至专用光纤通道管柱内，泥浆推动引导柱送至孔底；施工时，首先确保，护壁浆液充满钻孔及专用光纤通道管柱。
69.1. 固定好光纤与钢绳。
70.2. 将孔口器、橡胶垫、法兰盘穿过光纤与钢绳，在穿光纤的过程中注意对光纤的保护。
71.3. 光纤、钢绳连接引导柱接口，确保连接牢靠。
72.4. 引导柱放入专用光纤通道管柱内，连接专用光纤通道管柱与孔口器，用滑轮固
定好钢绳、光纤，以免光纤出现弯折，滑轮上连接拉力计。
73.5. 泵送压力介质推送引导柱下放光纤，泵送过程中保证钢绳受力，光纤不受力，泵送流量要与下放速度保持稳定，流量要均匀，同步记录泵送流量、时间与下放深度。
74.6. 每隔20米进行光纤与钢绳固定，（打开法兰盘进行固定，关泵回压以免出现安全隐患），避免光纤与钢绳在孔内形成缠绕。每隔100米进行光纤监测，保证下放过程中光纤信号畅通，如遇问题，及时上提光纤。
75.7. 重复操作，及时记录光纤下放深度，到最后10米时采用大泵量冲送引导柱，保证引导柱送出专用光纤通道管柱，引导柱倒刺卡住孔壁。
76.8. 观察泵送流量消耗及拉力计数值，确认引导柱已出专用光纤通道管柱后，利用辅助设备将专用光纤通道管柱拔出钻孔，再次测试光纤信号是否畅通。
77.9. 拆卸孔口密封装置，安装高压注浆装置，固定好钢绳，高压灌注地层耦合剂，进行注浆封孔。
78.10. 注浆结束后再次测量光纤信号是否畅通，在注浆过程中和注浆结束后及时记录好拉力数据，根据拉力数据进行初步判断钢绳在注浆过程中和注浆结束后，浆液初终凝时期的受力情况。
79.11. 保护好裸露在地面的光纤，确保下次数据正确的测量采集。
80.s5：光纤下放到位确认、引导柱出套管确认；s6：提出套管并同步封孔注浆；（m)光纤安装达到预定位置后，通过孔口密封装置从专用光纤通道管柱向钻孔内灌注地层耦合剂。
81.耦合剂为水泥基浆液掺一定比例外加剂，确保耦合剂与岩层协调变形。
82.(n)灌注过程中，同步上提专用光纤通道管柱，保证钻孔内泥浆充分被地层耦合剂置换。
83.灌注耦合剂的同时，注意观察孔口返出的泥浆是否已替换成耦合剂。
84.(o)专用光纤通道管柱全部从钻孔内提出后，将孔口密封装置替换成钻孔高压注浆装置，继续压力灌注耦合剂，达到设计终孔压力结束灌注，保障钻孔内全地层与光纤充分耦合。（经理论计算，钻孔垂深不超600m，水头高度小于100m时，终孔压力4mpa即可。）(p)注浆结束后，实时监测孔口拉力计，数值稳定后，拆除孔口牵引装置及钻孔高压注浆装置，测试光纤完好性，并测取光纤背景值。
85.在确认引导柱冲出专用光纤通道管柱进入孔底后，上拔专用光纤通道管柱：待确定光纤成功下入孔内，上拔专用光纤通道管柱，因倒刺反作用力，引导柱及光纤不会被连同专用光纤通道管柱一起拉出；将专用光纤通道管柱从钻孔内拔出，并同步灌注耦合剂封孔；提出套管时采用措施保障光纤安全，实时关注拉力计数值，避免上提套管时拉力过大造成光纤损坏；注浆封孔，在专用光纤通道管柱上拔过程中，同步开展孔内注浆，边提专用光纤通道管柱边灌注耦合剂，确保耦合剂将光纤固定，在孔内与岩层紧密耦合。
86.s7：竣工验收。
87.在上述任一方案中优选的是，利用引导装置实现深部采空区岩层全地层变形监测
的方法，本方法涉及一种采空充填区深部岩层三维网状变形监测方法，本方法仅需采用少量长距离水平定向钻孔即可构建三维立体监测网，可准确监测深部岩层各个层位不同方向的变形量，提出一种三维网状立体超前预测地表变形的施工方法，可在采空区上部地层形成三维立体网状监测数据，监测数据实时传输至监测平台，监测平台根据各层位移变化情况，提前预测地表变形，包括如下步骤：所述引导装置为如权利要求1-8中任意一项所述的引导装置，所述利用引导装置实现深部采空区岩层全地层变形监测的方法的具体步骤包括：t1：利用定向钻进技术在拟监测地层布设钻孔，使定向钻孔沿着煤层倾向方向排布，长度以穿越采空区到达煤柱内10m位移为宜，根据地层厚度合理设置定向钻孔岩层位布设宽度；t2：使不同深度的地层上均形成网状监测点；所述网状监测点的具体结构如对应的附图所示。
88.t3：将光纤通过引导柱输送至钻孔底部，将光纤布设成如图所示网状结构，一边撤出专用光纤通道管柱一边注浆，使光纤固定在地层中；t4：从下至上布设位移实时监测光纤，最终实现采空区覆岩内定向钻孔排布三维网状监测结构；所述三维网状监测结构如对应的附图所示。
89.t5：根据定向钻孔的倾斜角度和光纤监测数据，换算岩层移动变化的竖向位移，根据不同地层层位的网面内光纤监测数据，建立实时采空区覆岩位移变化三维监测系统；t6：根据实时监测系统内地层位移随时间变化情况，推断地表变形，即可对既有建筑物附近地表下沉情况进行预计，在遇见险情前，干预治理或人员撤离；又可对拟建建筑物场地稳定性进行评价，为后续地上工程建设提供科学依据。
90.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：1、本引导装置在进行超深近水平定向光纤安装的工艺施工时可以保证光线下放的流畅性，同时可以在下放后保证尾部的定位，解决了现有方法存在的无法将光纤送到位、光纤成活率低、光纤送到位后无法固定的问题。
91.2、整个超深近水平定向光纤安装的工艺方法的施工能够保证光纤安装的流畅性、施工效果良好，有效地对光纤起到防护到位的效果。
92.另外，利用引导装置实现深部采空区岩层全地层变形监测的方法中涉及的三维网状立体超前预测地表变形方法，与现有技术相比，具有以下优点：利用定向光纤布设，构建的三维网状立体变形监测系统，可以对不同深度地层变形情况进行全方位监测，监测精度更高，对于地表变形预测更准。
93.同时，整体施工过程可绕过地表已有建筑，具有耗资小、成本低、工程量少、工期短的优点。
94.对于地表位置存在既有建构筑物时，此方法优势更加明显，即可绕过建筑施工，不必拆除建筑。
95.兼具有分析和预测的效果和作用：分析时：利用分布式光纤监测数据，解析监测区域全地层变形数据。
96.预测时：通过分析不同地层变形值，总结地层变形规律，构建该地区全地层变形计算公式，预测未监测区地表及深部岩层变形。结合长期监测数据，也可预测采空区深部岩层残余变形。
附图说明
97.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部件一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部件并不一定按照实际的比例绘制。
98.图1为本发明的引导装置的第一种实施方式的结构示意图。
99.图2为本发明的引导装置的第二种实施方式的结构示意图。
100.图3为本发明的引导装置连接钢丝绳及光纤的连接结构示意图。
101.图4为本发明的引导装置的自张式防脱机构张开时的结构示意图。
102.图5为本发明的下放光纤前的施工流程结构示意图。
103.图6为本发明的下放光纤至施工完成的流程结构示意图。
104.图7为本发明的下放光纤前的安装状态结构示意图。
105.图8为本发明的光纤施工完成后的结构示意图。
106.图9为目前光纤监测技术手段示意图。
107.图10为本发明定向光纤布设剖面图。
108.图11为本发明定向光纤布设平面图。
109.图12为本发明定向光纤布设三维立体图。
110.图13为本发明的钢绳拉力随注浆变化情况图表1的示意图。
111.图14为本发明的浆液凝固期间拉力变化情况图表2的示意图。
112.图15为本发明的浆液凝固期间拉力变化情况图表3的示意图。
113.图16为本发明的浆液凝固期间拉力变化情况图表4的示意图。
114.图中，1、引导柱；2、移动式牵引扣；3、连接螺栓；4、钢丝绳；5、光纤；6、椭圆形端头；7、防脱倒刺；8、弹簧；9、金属圆环；10、胶塞；11、专用光纤通道管柱；12、拉力计；13、压力表；14、螺旋导流槽；15、密封装置；16、滑轮。
具体实施方式
115.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。本发明具体结构如图1-16中所示。
116.深部采空区光纤施工引导装置，包括引导柱、移动式牵引扣、自张式防脱机构，移动式牵引扣通过其底部的连接螺栓、插销件与引导柱的上部同轴连接，在所述引导柱的上部外侧壁上自上而下设置有助推结构，在引导柱的下部外侧壁上自上而下间隔安装有若干个所述自张式防脱机构；所述移动式牵引扣的上部用于在使用时连接钢丝绳及光纤。
117.移动式牵引扣采用环形金属扣，上部与光纤、钢丝绳连接，下部通过螺栓与引导柱连接。
118.主要作用为连接光纤、钢丝绳与引导柱。可沿螺栓轴向平行移动，也可垂直于轴向360
°
自由旋转，避免引导柱旋转时，与牵引扣连接的多根光纤与钢丝绳相互缠绕。
119.靠近螺帽部分光滑设置，便于牵引扣沿轴向移动，前端带丝，与引导柱主体结构紧密连接。
120.插销件采用金属圆杆件，通过预制小孔横向穿过螺栓与主体结构。
121.主要作用是将螺栓固定在主体结构上。
122.主要作用是连接牵引扣与主体结构。
123.钢丝绳其作用是承担下放过程中光纤自重，并预防输送压力过大损坏光纤。
124.在上述任一方案中优选的是，所述自张式防脱机构收纳状态下的外径小于引导柱的外径、张开状态下的外径大于引导柱的外径且在张开状态下实现防脱定位；在上述任一方案中优选的是，所述引导柱的底端部设置呈椭圆形端头。
125.椭圆形端头可保障引导柱在冲出专用光纤通道管柱后，沿孔壁继续前行，直至引导柱完全输送出套管。可有效避免引导柱被孔壁阻挡。
126.在上述任一方案中优选的是，所述自张式防脱机构包括若干个分别安装在对应位置处的引导柱外侧壁上的安装收纳腔内的自张防脱件，各安装收纳腔分别沿引导柱的圆周均匀分布，各所述自张防脱件分别沿引导柱的圆周均匀间隔分布。
127.在上述任一方案中优选的是，所述自张防脱件包括一防脱倒刺，所述防脱倒刺的底部活动铰接安装在对应的安装收纳腔内，所述防脱倒刺的中部通过弹簧与所述引导柱连接，所述防脱倒刺的上部设置楔形倒刺结构。
128.引导柱安装多个自张防脱件，各自张防脱件上包含四根防脱倒刺，每根倒刺通过弹簧与引导柱连接，在专用光纤通道管柱内，倒刺受到套管壁压缩，收紧在引导柱对应安装腔内。引导柱冲出套管后，倒刺在自然状态下呈伞形伸展开（伸展角度可根据弹簧长度自由设置），牢固卡住钻孔孔壁，以防在上提专用光纤通道管柱过程中，光纤连同引导柱一起被提出钻孔。
129.在此设置的弹簧将倒刺与主体杆件连接，给倒刺提供伸缩性。
130.在上述任一方案中优选的是，所述助推结构包括设置在引导柱上部外侧壁上的螺旋导流槽。
131.螺旋导流槽采用双向螺旋槽，压力输送光纤过程中，流体介质通过螺旋槽带动引导柱旋转前进，防止引导柱在专用光纤通道管柱内卡顿、遇阻。
132.在上述任一方案中优选的是，所述助推结构包括若干个自上而下间隔紧固套接设置在引导柱上部外侧壁上的金属圆环、在各所述金属圆环之间的所述引导柱的外侧壁上分别安装有一胶塞，所述胶塞的上下两端分别与对应的金属圆环端部抵紧，在最下方胶塞底部的引导柱设置成粗径段、其余部位的引导柱设置成细径段；所述粗径段的外径大于收纳状态下的自张式防脱机构的外径，所述粗径段的外径小于张开状态下的自张式防脱机构的外径。
133.在上述任一方案中优选的是，所述自张式防脱机构包括若干个分别安装在对应位置处的引导柱外侧壁上的自张防脱件，各所述自张防脱件分别沿引导柱的圆周均匀间隔分布。
134.在上述任一方案中优选的是，所述自张防脱件包括一防脱倒刺，所述防脱倒刺的
底部活动铰接安装在对应位置处的引导柱外侧壁上，所述防脱倒刺的中部通过弹簧与所述引导柱连接，所述防脱倒刺的上部设置楔形倒刺结构。
135.在上述任一方案中优选的是，所述引导柱的制作装配方法，具体包括：所述引导柱为硬质塑料，形状为圆柱形，也可为铜合金、铁合金中的一种，长约80cm-140cm，引导柱中间直径最大，约5-10cm，长度和直径根据引导柱材质及应用场景选择。引导柱最末端至中间约30-50cm处，其直径比最大处细1-2cm，引导柱最前端至中间约50-70cm处，其直径比最大处细1-2cm。引导柱最前端约5-10cm为椭圆形、锥形中的一种。
136.在上述任一方案中优选的是，引导柱末端用于携带光纤，固定方式分两种，分述如下：方式一，末端开丝扣孔，连接高强螺栓，螺栓直径根据实际引导柱确定，螺栓高出末端约4-8cm，引导柱末端外约1-2cm处，再固定一螺母。方式二，引导柱末端开丝扣孔，高强螺栓螺母低于引导柱末端面约5mm，用高约1cm的圆柱形铁板焊接在螺母上，铁板顶端再焊接螺母头。在方式一或方式二基础上，将一连接环固定在螺母与引导柱末端面之间，连接环可360度旋转。
137.所述引导柱末端30-50cm此段距离，固定0-6个止水装置，所述止水装置为圆台形止水圈，厚度约5mm-1.2cm，材质为橡胶、塑料、塑料橡胶混合物等，因圆台形状，引导柱放入管路时，可有效将水流封在引导柱上方，以便有合理的水压将引导柱持续推进。
138.所述引导柱前端50-70cm此段距离，嵌入两组钢质或铁质倒刺，每组倒刺有3个，在圆面上呈正三角形排列，两组倒刺间距约3-6cm，倒刺长度约10-20cm，厚度约6mm-1.2cm、宽度1-2cm。所述倒刺安装方式为：在引导柱上开两组长方形槽，槽深等于倒刺宽度，每个槽中间扩一个直径略大于倒刺厚度的圆形，倒刺中间焊接长度1cm的钢筋棒，弹簧与钢筋棒相连，将倒刺整体压入槽中，所述弹簧直径等于槽上圆形孔直径。
139.本发明还提供一种利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法，所述引导装置为如上述的引导装置，所述利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法的具体步骤包括：s1：前期准备：成孔，根据监测方案与目的施工超深近水平定向钻孔，所述钻孔轨迹、钻孔直径根据设计与实际需监测的目标层位确定，钻孔结构分为二开或三开结构；上述定向钻孔成孔后，灌注水泥浆固孔，前述浆液为与灌注层位等强度的水泥基浆液；固孔完成待浆液凝固后进行扫孔；为防止光纤安装期间钻孔塌孔，钻孔内灌满具有润滑功能的护壁泥浆，所述护壁泥浆由石墨粉、轻质碳酸钠、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素等一种或几种组成，所述泥浆不限于上述材料；制定光纤监测方案；1、专用光纤通道管柱进场；确定套管进场时间；2、专用光纤通道管柱检查；核查专用光纤通道管柱数量，排除破损、丝扣不完整套管，要求内壁光滑、内径一致；专用光纤通道管柱技术标准：内壁光滑，内外径一致无错台，壁厚不低于6mm，材质等级不低于n80，内径大于75mm，单节宜为10m左右，采用丝扣连接，方便拆卸。
140.专用光纤通道管柱的作用：为引导柱前进提供专用输送通道。
141.3、安装工艺地面试验；专用光纤通道管柱与导头现场试验，是否匹配，是否需要改进。
142.钻探施工：1、钻孔验收及复核实钻轨迹；2、确认钻孔孔内情况是否满足下放套管要求。
143.变径安装；将定向钻机与专用光纤通道管柱连接；在下放前需要完成主要材料的准备，具体准备材料如下：1、通径规；2、钻机与主动钻杆连接的公扣变径；3、孔口密封装置（确保不漏水）；4、引导柱（检查倒刺出套管后展开状态情况）；5、电子拉力计、滑轮、防水胶带等。
144.s2：向超深近水平定向钻孔形成的超深近水平内下放专用光纤通道管柱；下专用光纤通道管柱时待泥浆置换完毕，全孔下入光纤专用光纤通道管柱；所述专用光纤通道管柱为高强度无缝圆管，具备强度和韧性的管材。
145.所述专用光纤通道管柱直径满足可顺利下入钻孔、可将前述引导柱放入两种条件，所述专用光纤通道管柱第一根设扶正器，即距管口40cm-150cm处，焊接2-3组长条状钢板，每组3-4个；所述钢板长度8cm-15cm、宽度3-6cm、厚度2-3.5cm，钢板前端、末端2-3cm出分别加工成斜坡状，作用为以便更好的下放、拔出，减少阻力。
146.所述钢板作用为托起、扶正专用光纤通道管柱，防止专用光纤通道管柱插入水平段难以下放、防止孔内岩屑进入专用光纤通道管柱。
147.下管过程开泥浆泵，让润滑护壁泥浆不断循环。
148.s3：引导柱安装、光纤和引导柱连接、专用光纤通道管柱上部装置安装；s4：钢丝绳和光纤绑扎并在引导柱的引导作用下进行压力下放输送光纤；在压力输送光纤时需要计算输送流量、通过压力表观察泵压、测力计测拉力、计算安装长度、测试光纤信号；在上述任一方案中优选的是，s4中下放输送光纤的具体操作步骤如下：将钢丝绳、光纤与前述引导柱前端连接环相连，钢丝绳与光纤分别穿过滑轮导入孔口；钢丝绳所连滑轮为主滑轮即承力滑轮，高度低于光纤所连滑轮。
149.所述主滑轮上方连接拉力器，实施观测下方过程中钢丝绳拉力。
150.所述光纤可下入1-4根，根据功能和需求确定；所述钢丝绳直径除满足承力外，不宜过粗、过重，需提前计算确定。
151.钢丝绳、光纤穿过盖板及密封圈与孔口器相连，所述盖板及密封圈预先打若干小孔，密封圈位于盖板和孔口器之间，用螺栓连接，材质为橡胶、天然橡胶、硅橡胶等，具有耐磨、承力、可压缩的特点，经压缩后将光纤孔与钢丝绳孔挤密，防止高压液体喷出。
152.将前述引导柱带着光纤及钢丝绳，缓慢下入钻孔，垂直段尽可能自重下放，自重无法下方时，开泵孔内循环压入护壁泥浆，水压推动引导柱前进，所需泥浆量，应提前做好地面试验及进行相关理论计算。
153.下方过程每前进20m-30m暂停一次，打开孔口密封装置，将密封胶垫下方钢丝绳、光纤固定在一起，再装好孔口密封装置，如此往复循环，直至距孔底10-20m，此时加大泵送泥浆量，增大压力推动引导柱冲出专用光纤通道管柱。
154.引导柱冲出专用光纤通道管柱后，其自身倒刺弹开，卡入孔内，用力上拉钢丝绳并保证钢丝绳顺直后，反作用力使得倒刺紧卡在孔内。
155.在上述任一方案中优选的是，在进行上述施工时，本发明也进行了诸多创新改进：（1）引导柱采用尼龙棒加工而成，引导柱底部加工成椭圆形以利于引导柱在冲出专用光纤通道管柱后在钻孔内继续前行一定距离；在引导柱靠近底端部位安装弹簧防倒装置；待引导柱进入孔底出专用光纤通道管柱后可以自行打开，防止提升专用光纤通道管柱时引导柱随专用光纤通道管柱移位；在引导柱靠近顶端部位安装橡胶圈，橡胶圈安装后直径大于专用光纤通道管柱内径1mm，顶部的套管上端形成密封且可以供钢丝绳活动下放，随着专用光纤通道管柱内泵送泥浆可以在专用光纤通道管柱内形成稳定的压力，推动引导柱运行至孔底；引导柱顶端安装光纤连接装置，可以牢固连接光纤和钢丝绳。
156.（2）为了防止引导柱运行时产生的拉力过大，从而造成光纤破坏，本发明采用5mm钢丝绳作为主要受拉构件。
157.把钢丝绳和光纤采用卡扣连接到引导柱上，光纤松散的绑缚在钢丝绳上，确保光纤在引导柱前进过程中不受拉力。
158.（3）孔口密封装置与专用光纤通道管柱采用丝扣连接。
159.孔口密封装置顶端焊接盖板法兰，加工与盖板匹配的加厚橡胶垫，再选择同等规格的盲板法兰经螺丝固定橡胶垫，以达到密封防水的作用。
160.在盲板法兰和橡胶垫中心位置切割大小合适的若干孔洞，以供钢丝绳与光纤贯穿盖板进入专用光纤通道管柱内，为了保障密封效果，孔洞直径与钢丝绳和光纤直径匹配即可，孔洞过大容易造成漏失浆液以及引导柱运行不稳。
161.在孔口密封装置的设置端口，该端口与压力泵送装置相连接，为引导柱提供输送压力。
162.（4）在专用光纤通道管柱的底部焊接扶正器，防止专用光纤通道管柱进入孔底后紧贴井壁，从而造成井内沉淀物进入专用光纤通道管柱内阻碍引导柱进入孔底。
163.（5）泵送泥浆设备采用变频泥浆泵，可以采用不同的泵送量来控制专用光纤通道管柱内的泵压，从而起到控制引导柱运行速度的作用。
164.在光纤下放过程中，详细记录泥浆泵送量、泵压以及光纤下放速度，从而根据泵送量和泵压判断引导柱是否进入孔底。
165.（6）在下放过程中，要确保钢丝绳作为受力的主体，防止光纤受拉破坏。
166.光纤每下放20米，将孔口器顶端的密封盖板及橡胶垫拆卸掉，将光纤与钢丝绳固定在一起，防止光纤在孔内打结破坏。
167.在光纤下入过程中，每下放100米检查光缆和传感器成活情况，并根据检测到的应
变情况，对钻孔中的光缆进行预拉，确保较好的监测效果。
168.（7）光纤下放过程中，钢丝绳连接测力计，随时观察测力计的变化，根据测力计的数值调整泵压及输出流量，以防止拉力过大损坏光纤。
169.（8）引导柱接近孔底时，加大泵压，加快引导柱下放速度，保证引导柱一次性进入孔底。
170.在上述任一方案中优选的是，光纤下放步骤中需要注意事项包括：1、引导柱和光纤、钢丝绳的连接方式；2、两根光纤和钢丝绳下放接合在一起的方式；3、引导柱顶部橡胶塞密封情况；4、下放时将两根光纤的相同刻度位置排放在一起；5、注入介质比重，注入介质速率，泵压情况记录；6、实时监测拉力计数值，测试光纤信号；7、套管内光纤下放的方式及速率的控制；8、确定引导柱是否出套管。
171.在上述任一方案中优选的是，利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法的注意事项包括：利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法中使用到的器械包括引导柱、孔口器、连接器、测力计、钻杆、专用光纤通道管柱、泵送泥浆设备、专用光纤通道管柱底部扶正器、钢丝绳，其特殊之处在于：光纤和钢丝绳连接在引导柱上；将专用光纤通道管柱下放到钻孔内，利用专用光纤通道管柱光滑的内壁及密封性作为引导柱运行的轨道；泵送泥浆设备经过孔口器泵送泥浆至专用光纤通道管柱内，泥浆推动引导柱送至孔底；施工时，首先确保，护壁浆液充满钻孔及专用光纤通道管柱。
172.1.固定好光纤与钢绳。
173.2.将孔口器、橡胶垫、法兰盘穿过光纤与钢绳，在穿光纤的过程中注意对光纤的保护。
174.3.光纤、钢绳连接引导柱接口，确保连接牢靠。
175.4.引导柱放入专用光纤通道管柱内，连接专用光纤通道管柱与孔口器，用滑轮固定好钢绳、光纤，以免光纤出现弯折，滑轮上连接拉力计。
176.5.泵送压力介质推送引导柱下放光纤，泵送过程中保证钢绳受力，光纤不受力，泵送流量要与下放速度保持稳定，流量要均匀，同步记录泵送流量、时间与下放深度。
177.6.每隔20米进行光纤与钢绳固定，（打开法兰盘进行固定，关泵回压以免出现安全隐患），避免光纤与钢绳在孔内形成缠绕。每隔100米进行光纤监测，保证下放过程中光纤信号畅通，如遇问题，及时上提光纤。
178.7.重复操作，及时记录光纤下放深度，到最后10米时采用大泵量冲送引导柱，保证引导柱送出专用光纤通道管柱，引导柱倒刺卡住孔壁。
179.8.观察泵送流量消耗及拉力计数值，确认引导柱已出专用光纤通道管柱后，利用辅助设备将专用光纤通道管柱拔出钻孔，再次测试光纤信号是否畅通。
180.9. 拆卸孔口密封装置，安装高压注浆装置，固定好钢绳，高压灌注地层耦合剂，进行注浆封孔。
181.10.注浆结束后再次测量光纤信号是否畅通，在注浆过程中和注浆结束后及时记录好拉力数据，根据拉力数据进行初步判断钢绳在注浆过程中和注浆结束后，浆液初终凝时期的受力情况。
182.11.保护好裸露在地面的光纤，确保下次数据正确的测量采集。
183.s5：光纤下放到位确认、引导柱出套管确认；s6：提出套管并同步封孔注浆；在确认引导柱冲出专用光纤通道管柱进入孔底后，上拔专用光纤通道管柱：待确定光纤成功下入孔内，上拔专用光纤通道管柱，因倒刺反作用力，引导柱及光纤不会被连同专用光纤通道管柱一起拉出；将专用光纤通道管柱从钻孔内拔出，并同步灌注耦合剂封孔；提出套管时采用措施保障光纤安全，实时关注拉力计数值，避免上提套管时拉力过大造成光纤损坏；注浆封孔，在专用光纤通道管柱上拔过程中，同步开展孔内注浆，边提专用光纤通道管柱边灌注耦合剂，确保耦合剂将光纤固定，在孔内与岩层紧密耦合；封孔结束后，测试光纤是否完好，并测取背景值。
184.s7：竣工验收。
185.在上述任一方案中优选的是，利用引导装置实现深部采空区岩层全地层变形监测的方法，本方法涉及一种采空充填区深部岩层三维网状变形监测方法，本方法仅需采用少量长距离水平定向钻孔即可构建三维立体监测网，可准确监测深部岩层各个层位不同方向的变形量，提出一种三维网状立体超前预测地表变形的施工方法，可在采空区上部地层形成三维立体网状监测数据，监测数据实时传输至监测平台，监测平台根据各层位移变化情况，提前预测地表变形，包括如下步骤：所述引导装置为如权利要求1-8中任意一项所述的引导装置，所述利用引导装置实现深部采空区岩层全地层变形监测的方法的具体步骤包括：t1：利用定向钻进技术在拟监测地层布设钻孔，使定向钻孔沿着煤层倾向方向排布，长度以穿越采空区到达煤柱内10m位移为宜，根据地层厚度合理设置定向钻孔岩层位布设宽度；t2：使不同深度的地层上均形成网状监测点；所述网状监测点的具体结构如对应的附图所示。
186.t3：将光纤通过引导柱输送至钻孔底部，将光纤布设成如图所示网状结构，一边撤出专用光纤通道管柱一边注浆，使光纤固定在地层中；t4：从下至上布设位移实时监测光纤，最终实现采空区覆岩内定向钻孔排布三维网状监测结构；所述三维网状监测结构如对应的附图所示。
187.t5：根据定向钻孔的倾斜角度和光纤监测数据，换算岩层移动变化的竖向位移，根据不同地层层位的网面内光纤监测数据，建立实时采空区覆岩位移变化三维监测系统；计算公式如下：y=m1y1cosa1+m2y2cosa2+m3y3cosa3+
……
+mnyncosan。
188.其中，y为地表沉降量，y1为地层1沿光纤轴向的变形量，an为地层n与垂向的平均
夹角，n为地层层数，m为地层调整系数。
189.注：采空区上覆岩层变形是由下至上逐层传递的，地表变形根源是因下伏煤层开采后形成采空区，深部采空空洞垮塌变形向上传递导致的。光纤监测变形是监测点之间的相对变形值，并非某一岩层的绝对沉降变形值，因此，地表变形值可由光纤监测到的各地层沉降变形值叠加计算。
190.t6：根据实时监测系统内地层位移随时间变化情况，推断地表变形，即可对既有建筑物附近地表下沉情况进行预计，在遇见险情前，干预治理或人员撤离；又可对拟建建筑物场地稳定性进行评价，为后续地上工程建设提供科学依据。
191.光纤监测与分析：1. 注浆期间拉力计数值变化情况见下附图13中的图表1。
192.蓝色线条为钢绳、光纤拉力，橙色线条为注浆压力。从图中看出，开始注浆阶段，光纤拉力无明显变化，注浆几个小时后，光纤拉力逐渐降低，注浆起压结束后，拉力再次回升。
193.2. 浆液凝固期间拉力变化情况见附图14中的图表2、附图15中的图表3、附图16中的图表4。
194.通过图表2可以发现当停止注浆以后，浆液初凝期间拉力有所变化，18个小时后拉力开始增大，8个小时后拉力有所下降，说明耦合剂在凝固过程中对光纤有影响，图表3、图表4可以看出随着时间的推移拉力在一定范围内波动，逐渐趋于稳定，图表4最后阶段，光纤拉力明显降低，表明耦合剂已完成凝结。综合来看耦合剂的析水凝固对光纤还是有一定影响的，在实施过程中要注意全程实时监测光纤所受拉力，以免在耦合剂凝固期间对光纤造成破坏。
195.通过钻孔将传感光缆预先安装在孔底内，待钻孔耦合浆液凝固后，即可采集传感光缆的应变分布作为初值。之后，定期对钻孔内光缆的应变分布进行监测。通过与应变初值相比较，即可得到在整个过程中，采空地层应变分布的变化情况，进而分析采空地层的变形分布及其变化规律。
196.地层、钻孔封孔材料和传感光缆之间的耦合性是决定地面沉降钻孔全剖面分布式光纤监测精度的关键因素。本次耦合剂选择采用水泥基浆液掺加外加剂配制而成，经现场试验，可与地层协调变形，具有较好的耦合性。
197.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中；对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
198.本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。
技术特征：1.深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：包括引导柱、移动式牵引扣、自张式防脱机构，移动式牵引扣与引导柱的上部同轴连接，在所述引导柱的上部外侧壁上自上而下设置有助推结构，在引导柱的下部外侧壁上自上而下间隔安装有若干个所述自张式防脱机构；所述移动式牵引扣的上部用于在使用时连接钢丝绳及光纤。2.根据权利要求1所述的深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：所述自张式防脱机构收纳状态下的外径小于引导柱的外径、张开状态下的外径大于引导柱的外径且在张开状态下实现防脱定位；所述引导柱的底端部设置呈椭圆形端头。3.根据权利要求2所述的深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：所述自张式防脱机构包括若干个分别安装在对应位置处的引导柱外侧壁上的安装收纳腔内的自张防脱件，各安装收纳腔分别沿引导柱的圆周均匀分布，各所述自张防脱件分别沿引导柱的圆周均匀间隔分布。4.根据权利要求3所述的深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：所述自张防脱件包括一防脱倒刺，所述防脱倒刺的底部活动铰接安装在对应的安装收纳腔内，所述防脱倒刺的中部通过弹簧与所述引导柱连接，所述防脱倒刺的上部设置楔形倒刺结构。5.根据权利要求4所述的深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：所述助推结构包括设置在引导柱上部外侧壁上的螺旋导流槽。6.根据权利要求5所述的深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：所述助推结构包括若干个自上而下间隔紧固套接设置在引导柱上部外侧壁上的金属圆环、在各所述金属圆环之间的所述引导柱的外侧壁上分别安装有一胶塞，所述胶塞的上下两端分别与对应的金属圆环端部抵紧，在最下方胶塞底部的引导柱设置成粗径段、其余部位的引导柱设置成细径段；所述粗径段的外径大于收纳状态下的自张式防脱机构的外径，所述粗径段的外径小于张开状态下的自张式防脱机构的外径。7.根据权利要求6所述的深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：所述自张式防脱机构包括若干个分别安装在对应位置处的引导柱外侧壁上的自张防脱件，各所述自张防脱件分别沿引导柱的圆周均匀间隔分布。8.根据权利要求7所述的深部采空区光纤施工引导装置，其特征在于：所述自张防脱件包括一防脱倒刺，所述防脱倒刺的底部活动铰接安装在对应位置处的引导柱外侧壁上，所述防脱倒刺的中部通过弹簧与所述引导柱连接，所述防脱倒刺的上部设置楔形倒刺结构。9.利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法，其特征在于：所述引导装置为如权利要求1-8中任意一项所述的引导装置，所述利用引导装置实现超深近水平定向光纤引导安装的工艺方法的具体步骤包括：s1：前期准备：成孔，根据监测方案与目的施工超深近水平定向钻孔，所述钻孔轨迹、钻孔直径根据设计与实际需监测的目标层位确定，钻孔结构分为二开或三开结构；上述定向钻孔成孔后，灌注水泥浆固孔，前述浆液为与灌注层位等强度的水泥基浆液；固孔完成待浆液凝固后进行扫孔；为防止光纤安装期间钻孔塌孔，钻孔内灌满具有润滑功能的护壁泥浆；s2：向超深近水平定向钻孔形成的超深近水平内下放专用光纤通道管柱；
下专用光纤通道管柱时待泥浆置换完毕，全孔下入光纤专用光纤通道管柱；下管过程开泥浆泵，让润滑护壁泥浆不断循环；s3：引导柱安装、光纤和引导柱连接、专用光纤通道管柱上部装置安装；s4：钢丝绳和光纤绑扎并在引导柱的引导作用下进行压力下放输送光纤；s4中下放输送光纤的具体操作步骤如下：将钢丝绳、光纤与前述引导柱前端连接环相连，钢丝绳与光纤分别穿过滑轮导入孔口；钢丝绳所连滑轮为主滑轮即承力滑轮，高度低于光纤所连滑轮；所述主滑轮上方连接拉力器，实施观测下方过程中钢丝绳拉力；所述光纤可下入1-4根，根据功能和需求确定；所述钢丝绳直径除满足承力外，不宜过粗、过重，需提前计算确定；钢丝绳、光纤穿过盖板及密封圈与孔口器相连，所述盖板及密封圈预先打若干小孔，密封圈位于盖板和孔口器之间，用螺栓连接，经压缩后将光纤孔与钢丝绳孔挤密，防止高压液体喷出；将前述引导柱带着光纤及钢丝绳，缓慢下入钻孔，垂直段尽可能自重下放，自重无法下方时，开泵孔内循环压入护壁泥浆，水压推动引导柱前进，所需泥浆量，应提前做好地面试验及进行相关理论计算；下放过程中严格控制钢丝绳受力在其抗拉强度范围内；下方过程每前进20m-30m暂停一次，打开孔口密封装置，将密封胶垫下方钢丝绳、光纤固定在一起，再装好孔口密封装置，如此往复循环，直至距孔底10-20m，此时加大泵送泥浆量，增大压力推动引导柱冲出专用光纤通道管柱；引导柱冲出专用光纤通道管柱后，其自身倒刺弹开，卡入孔内，用力上拉钢丝绳并保证钢丝绳顺直后，反作用力使得倒刺紧卡在孔内；s5：光纤下放到位确认、引导柱出套管确认；s6：提出套管并同步封孔注浆；在确认引导柱冲出专用光纤通道管柱进入孔底后，上拔专用光纤通道管柱：待确定光纤成功下入孔内，上拔专用光纤通道管柱，因倒刺反作用力，引导柱及光纤不会被连同专用光纤通道管柱一起拉出；将专用光纤通道管柱从钻孔内拔出，并同步灌注耦合剂封孔；提出套管时采用措施保障光纤安全，实时关注拉力计数值，避免上提套管时拉力过大造成光纤损坏；注浆封孔，在专用光纤通道管柱上拔过程中，同步开展孔内注浆，边提专用光纤通道管柱边灌注耦合剂，确保耦合剂将光纤固定，在孔内与岩层紧密耦合；封孔结束后，测试光纤是否完好，并测取背景值；s7：竣工验收。10.利用引导装置实现深部采空区岩层全地层变形监测的方法，其特征在于：包括如下步骤：所述引导装置为如权利要求1-8中任意一项所述的引导装置，所述利用引导装置实现深部采空区岩层全地层变形监测的方法的具体步骤包括：t1：利用定向钻进技术在拟监测地层布设钻孔，使定向钻孔沿着煤层倾向方向排布，长度以穿越采空区到达煤柱内10m位移为宜，根据地层厚度合理设置定向钻孔岩层位布设宽度；
t2：使不同深度的地层上均形成网状监测点；t3：将光纤通过引导柱输送至钻孔底部，将光纤布设成如图所示网状结构，一边撤出专用光纤通道管柱一边注浆，使光纤固定在地层中；t4：从下至上布设位移实时监测光纤，最终实现采空区覆岩内定向钻孔排布三维网状监测结构；t5：根据定向钻孔的倾斜角度和光纤监测数据，换算岩层移动变化的竖向位移，根据不同地层层位的网面内光纤监测数据，建立实时采空区覆岩位移变化三维监测系统；t6：根据实时监测系统内地层位移随时间变化情况，推断地表变形，即可对既有建筑物附近地表下沉情况进行预计，在遇见险情前，干预治理或人员撤离；又可对拟建建筑物场地稳定性进行评价，为后续地上工程建设提供科学依据。
技术总结本发明涉及深部岩层变形监测技术领域，尤其是深部采空区光纤施工引导装置、工艺及全地层监测方法，所述深部采空区光纤施工引导装置，包括引导柱、移动式牵引扣、自张式防脱机构，移动式牵引扣与引导柱的上部同轴连接，在所述引导柱的上部外侧壁上自上而下设置有助推结构，在引导柱的下部外侧壁上自上而下间隔安装有若干个所述自张式防脱机构；所述移动式牵引扣的上部用于在使用时连接钢丝绳及光纤。本引导装置在进行超深近水平定向光纤安装的工艺施工时可以保证光线下放的流畅性，同时可以在下放后保证尾部的定位，解决了现有方法存在的无法将光纤送到位、光纤成活率低、光纤送到位后无法固定的问题。到位后无法固定的问题。到位后无法固定的问题。
技术研发人员：李建文 赵文 邵红旗 董大凯 陈海恩 何骞 黄拓 王庆涛 晁康 张超 闫凯凯 侯成科 李永华 张明银 赵冬 徐小兵 王兵强 李凡
受保护的技术使用者：中煤科工鑫融科技创新发展有限公司 中煤科工循环产业研究院（山东）有限公司
技术研发日：2022.01.26
技术公布日：2022/7/5
